METABOLISMUL LIPIDIC

METABOLISMUL LIPIDIC 

Digestia si absorbtia lipidelor 

      Dintre compusii lipidici (trigliceride, fosfolipide, colesterol, lecitine etc.), numai trigliceridele reprezinta o importanta sursa de energie. Acestea sunt stocate in adipocite si in fibrele musculare scheletice.

      In tractul gastrointestinal (mai ales in duoden), grasimile suporta transformari fizice si chimice.

Transformarile fizice constau in emulsionare sub actiunea componentelor bilei (acizi si saruri biliare, lecitine, colesterol). Acestea au proprietati tensioactive care favorizeaza aparitia de micele cu compozitie mixta, accesibile actiunii enzimelor pancreasului exocrin.

Transformarile chimice se refera la degradarea specifica, a trigliceridelor in unitati mai simple (monogliceride si acizi grasi), sub actiunea enzimatica a lipazei pancreatice.

Lipaza pancreatica actioneaza asupra legaturilor 1 si 3 din molecula triacilglicerolilor.

Triacilglicerol  +  2 H₂O        2-monoacilglicerol  + 2 acid gras

Produsii rezultati sunt absorbiti, prin difuzie libera, la nivelul mucoasei intestinale.

Trigliceridele se resintetizeaza in mucoasa intestinala, printr-un proces activ si vor forma, in prezenta proteinelor limfatice, complexe lipoproteice.

Refacerea moleculelor esterificate necesita consum energetic, care va fi asigurat de doua molecule de ATP.

Cele cu molecula mare si densitate mica - chilomicroni - trec in sange, prin canalul toracic. Ei reprezinta, in esenta, forma de transport si de distribuire a lipidelor exogene, catre diverse tesuturi.

Structura chilomicronilor este asemanatoare cu cea a micelelor prezentand portiunea polara situata spre exterior. Datorita dimensiunilor, chilomicronii strabat vasele limfatice si nu, capilarele.

Concentratia de lipide in sange, lipemia, devine crescuta la un aport alimentar lipidic, mentinandu-se timp de 6-7 ore. In acest timp,  are loc digestia si absorbtia lor. 
 
 

Degradarea oxidativa a acizilor grasi liberi

      Acizii grasi liberi (AGL) reprezinta sursa primara de energie si sunt transportati prin sange, la tesuturi.

Mecanismul de degradare a acizilor grasi cu catena saturata este de tip oxidativ, la nivelul carbonului . De aceea, poarta numele de -oxidare.

Patrunderea acizilor grasi in interiorul mitocondriei se realizeaza in trei etape, consumandu-se o cantitate de energie, echivalenta cu 2 moli de ATP. Astfel, are loc : 

1. esterificarea acidului gras de catre coenzima A citoplsmatica, in prezenta de ATP, cu formare de acil CoA :

R - COOH + ATP + HS ~ CoA        R - CO ~ SCoA + AMP + PPi

            unde            PPi  +  2 H₂O           2 Pi

                        (este folosit la refacerea ATP) 

      Echlibrul reactiei favorizeaza formarea de acil gras CoA, deoarece energia libera a hidrolizei ATP la AMP si PPi (radical dublu fosfat)  este de -10 kcal, iar cea a acidului gras activat de -7,5 kcal.

      Se consuma, astfel, doua legaturi macroergice ATP pentru activarea, unei singure molecule de acid gras.

AMP-ul, format ca cel de-al doilea produs al reactiei, este refosforilat la ADP :

ATP  +  AMP  → 2 ADP 

2. trecerea restului acil pe molecula carnitinei, rezultand complexul acil-carnitina, care traverseaza membrana mitocondriala :.

   Carnitina +  R - CO ~ SCoA      Acil-carnitina + HS ~ CoA

                                      coenzima A 

3. transferul gruparii acil de la carnitina, pe molecula coenzimei A mitocondriale :

   Acil-carnitina + HS ~ CoA             Acil ~ SCoA  + Carnitina 

      Carnitina reprezinta transportorul specific al acizilor grasi din citoplasma in spatiul mitocondrial.

      Acil-coenzima A, astfel format, intra in ciclul -oxidarii, scindandu-se succesiv in fragmente cu doi atomi de carbon (acid acetic). Procesul parcurge un lant de 4 reactii biochimice :

1. dehidrogenarea acil CoA, sub actiunea dehidrogenazei care prezinta in structura sa, coenzima FAD :

R - CH₂ - CH₂ - CH₂ - C ~ SCoA  +  FAD           

                 α       ║

                         O

                 acil  CoA       

       R - CH₂ - CH ═ CH - C ~ SCoA  +  FADH₂

      

                          O

             acil nesaturat CoA            

FADH₂ cedeaza cei doi atomi de hidrogen, lantului respirator.

2. hidratarea derivatului acil nesaturat CoA, la nivelul dublei legaturi, cu formarea compusului -hidroxiacil CoA :

          R - CH₂ - CH ═ CH - C ~ SCoA   +  H₂O            

                  O

                acil nesaturat CoA 

                      R - CH₂ - CH - CH₂ - C ~ SCoA     

                         OH         O

                      β-hidroxiacil CoA  

3. dehidrogenarea derivatului β-hidroxiacil CoA, in prezenta de NAD⁺, ca acceptor de hidrogen, rezultand derivatul β cetoacil CoA :

          R - CH₂ - CH - CH₂ - C ~ SCoA   +     NAD⁺            

           OH          O

           β-hidroxiacil CoA 

             R -  CH₂ - C - CH₂ - C ~ SCoA      +   NADH   +   H⁺

                O        O

cetoacil CoA 

4. scindarea derivatului cetoacil CoA, ultima treapta a secventei oxidative, formandu-su un fragment cu doi atomi de carbon (acetil CoA) si un acil CoA, cu doi atomi de carbon mai putin, care va continua procesul oxidativ : 

        R - CH₂ - C - CH₂ - C ~ SCoA      +   HS ~ CoA               

           O        O

cetoacil CoA         coenzima A 

       R - CH₂ - C ~ SCoA   +    CH₃ - C ~ SCoA

      

             O                   O

   acil CoA (C_n-2)           acetil CoA

In acest caz, acidul palmitic cu lant saturat de 16 atomi de carbon va fi scindat in 8 molecule de acid acetic. Fiecare molecula de acid acetic este convertita intr-una de acetil CoA.

Din acest punct, metabolismul lipidelor este identic cu cel al glucidelor. Acetil CoA, formata ca produs al sistemului de oxidare a acizilor grasi, initiaza ciclul acizilor tricarboxilici (ciclul Krebs), unde va genera H⁺.

      Atomii de hidrogen eliberati, in timpul dehidrogenarilor (prin intermediul FADH₂ si NADH), vor intra in lantul respirator eliberand energie.

      In timp ce electronii trec, prin sistemul citocromic, pe nivelul oxigenului molecular, are loc fosforilarea oxidativa a ADP la ATP.

      Similar metabolismului glucozei, prin oxidarea AGL rezulta ATP, H₂O si CO₂. Arderea completa a AGL necesita, insa, cantitati mai mari de oxigen, deoarece aceste molecule contin mai mult carbon, comparativ cu  moleculele glucidului.

Bilantul energetic al -oxidarii depinde de numarul atomilor de carbon din molecula acidului gras.

De exemplu, pentru acidul palmitic (cu 16 atomi de carbon), se fac 7 rotatii ale ciclului de -oxidare, rezultand 7 fragmente cu doi atomi de carbon.

       Astfel, prin activare

acid palmitic  → palmitoil CoA  (forma oxidata)

care se degradeaza, conform reactiei totale :

     palmitoil CoA + 7 CoA-SH + 7 FAD + 7 NAD⁺ + 7 H₂O

8 Acetil CoA + 7 FADH₂ + 7 NADH + 7 H⁺

Fiecare molecula de FADH₂ doneaza o pereche de electroni lantului respirator, formandu-se 2 molecule de ATP. Similar, la oxidarea fiecarei molecule de NADH, in lantul respirator, se formeaza 3 molecule de ATP. Deci,

7 FADH₂ → 7 x 2 = 14 ATP

7 NADH   → 7 x 3 = 21 ATP

Cele 8 molecule de acetil CoA intra in ciclul Krebs, unde prin oxidare totala, formeaza 12 molecule de ATP. In acest caz,

8 acetil CoA x 12 = 96 ATP

Oxidarea completa a acidului palmitic va genera 131 molecule de ATP. Pentru activarea moleculei de acid, insa, se consuma 2 ATP. Prin urmare, cantitatea neta obtinuta este de 129 moli ATP.

Din punct de vedere al energiei libere, bilantul se prezinta astfel : oxidarea completa a acidului palmitic la CO₂ si H₂O,  elibereaza 2340 kcal energie, din care 942 kcal sunt stocate in structura a 129 molecule ATP.

Cu toate acestea, numai 40% din energia eliberata prin metabolismul glucozei sau a AGL este transferata in structura ATP, restul de 60% reprezinta energia termica.

Patologia metabolismului lipidic

Metabolismul lipidic, desfasurat in majoritatea organelor si tesuturilor, este controlat de factori neuroendocrini. Orice modificare patologica a ciclului metabolic, determina aparitia unor afectiuni cu manifestari grave pentru organism.

Astfel, diabetul zaharat este generat de dezechilibrul balantei glucidice, dar si a celei lipidice. Ateroscleroza apare datorita unor tulburari in structura si depozitarea lipidelor. Hepatitele acute si cronice, pancreatitele, sindromul nefrotic, obezitatea etc. fac parte din patologia metabolismului lipidic.

Plasma contine complexe lipoproteice, in structura carora se gasesc triacilglicerolii, colesterolul, fosfolipidele si, uneori, acizii grasi liberi. In functie de raportul in care se afla lipididele comparativ cu proteinele, in structura complexelor lipoproteice, se disting:

• LP cu densitate mare (high density lipoprotein-HDL): 1,21-1,063;
• LP cu densitate scazuta (low density lipoprotein-LDL): 1,063-1,006;
• LP cu densitate foarte mica (verry low density lipoprotein-VLDL): 1,006-0,94;
• Chilomicroni :

Formele de hipo- si hiperlipoproteinemii, cauza multor afectiuni grave, se datoresc variatiilor cantitative ale acestor complexe lipoproteice.

Depozitarea anormala a lipidelor in diverse organe si tesuturi (mai ales a celui nervos), cunoscuta sub numele de lipidoze, conduc la maladii extrem de grave pentru organism. Aparitia lipidozelor se datoreste unor perturbari in activitatea enzimatica a metabolismul lipidic.